基于最适遥感指数的东北地区春玉米干旱监测研究

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干旱具有持续时间长、影响范围广、危害性强的特点,已成为全球范围内最严重的自然灾害之一。东北地区作为我国重要的春玉米种植区,频发的干旱将直接影响其产量,甚至威胁粮食安全、阻碍经济的可持续发展。目前干旱指数众多,干旱遥感指数以其实时、快速、准确的优势得到了学者们的认可,但不同干旱遥感指数的适用性可能受地域差异、时间尺度差异、农作物类型和物候期差异等诸多因素的影响,因此选取最适干旱遥感指数对东北地区春玉米种植区进行干旱监测并探讨春玉米生长季干旱发生规律,对提高东北地区春玉米产量具有重要意义。本研究以东北春玉米种植区为研究区,选取典型干旱年春玉米生长季,利用相关性(R)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE),分析8种遥感指数用于东北春玉米区干旱监测的敏感性及精确度,筛选春玉米各发育阶段最适遥感指数、确定最佳指数构建参量,在此基础上对2003—2018年东北地区春玉米生长季进行干旱监测,揭示东北地区春玉米生长季干旱时空特征。本研究主要结果如下:
  (1)2017年、2018年春玉米生长季8种典型遥感指数与不同土层深度土壤相对含水量(RSM)之间的相关性分析表明,无论种植区为何类同农田环境,8种遥感指数均能对东北地区春玉米生长季进行干旱监测,但温度植被干旱指数(TVDI)、条件植被温度指数(VTCI)的敏感性总体上高于其他6种遥感指数,且TVDI的精确度高于VTCI。
  (2)以2018年为例,分析LST\NDVI特征空间构建的TVDI-N和LST\EVI特征空间构建的TVDI-E用于干旱监测的敏感时期以及两者的干旱判对率和准确率,结果表明,春玉米生长前期,TVDI-N较TVDI-E敏感性强,且TVDI-N准确率高出TVDI-E33.3个百分点;春玉米生长中期,为两者敏感性转换时期,且TVDI-E判对率高出TVDI-N12.5个百分点;春玉米生长后期,TVDI-E较TVDI-N敏感性强,且TVDI-E判对率和准确率分别高出TVDI-N8.7和39.2个百分点。
  (3)2003—2018年东北地区呈现出明显的干旱化趋势,且趋势愈发明显,干旱发生频率高且影响范围广。时间上,研究区4—5月份受旱最为严重,6—7月份整体干旱状况减缓但地区差异较大,8月份受旱地区减少,但受旱面积较前期有所增加;空间上,研究区发生轻旱以上等级干旱面积在15%—45%之间波动,中旱以上等级干旱面积在10%—30%之间波动,重旱以上等级干旱面积在5%—15%之间波动。干旱区集中在研究区西部,主要包括辽宁省西部、吉林省西部以及黑龙江省西南部地区。
  本研究得出的结论为:虽8种遥感指数均可用于东北地区春玉米种植区干旱监测,但温度植被干旱指数(TVDI)的敏感性和精确度总体上高于其他7种指数,且TVDI-N适用于春玉米生长前期,TVDI-E适用于春玉米生长中后期。东北地区春玉米种植区生长季干旱发生频率高、影响范围广,干旱等级以轻度干旱为主,干旱区主要为研究区西部,且4—5月份受旱最为严重。
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